Несколько по другой схеме происходит электрохимическое галтование полостей литых крупных заготовок. В этом случае в полость заготовки, являющейся анодом, вводят один или несколько металлических катодов, а межэлектродный промежуток заполняют на 20-30% его объема абразивонесущим электролитом. При медленном вращении катода и анода относительно друг друга происходит электрохимическое галтование, т.е. частичное или полное удаление литейных пороков.
Электроабразивная и электроалмазная обработка. Эти процессы ЭХО основаны на сочетании анодного растворения и механического воздействия инструмента на обрабатываемую заготовку. В качестве инструмента применяют абразивные круги, проводящие электрический ток. На практике наиболее часто применяют электроабразивное и электроалмазное шлифование, а также электроалмазное затачивание резцов и других режущих инструментов.
Электроабразивное (или электроалмазное) шлифование выполняют следующим образом. На периферию вращающегося абразивного круга-катода через сопло подают электролит. Часть его под действием центробежных сил отбрасывается, а часть увлекается в зону резания, т.е. в межэлектродный промежуток, соответствующий величине «вылета» абразивных зерен. Анодное растворение и абразивное резание зернами отбрасываемого металла происходит только в зоне непосредственного контакта режущей части инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки. Съем металла со всей обрабатывающей площади производится при перемещении заготовки относительно инструмента, соответствующем движению заготовки при механическом шлифовании.
В отличие от приведенного процесса ЭХО электроалмазное затачивание производят одновременно по всей обрабатываемой поверхности при механическом контакте ее с торцовой поверхностью круга.
Анодно-механическая обработка. Этот процесс ЭХО основан на сочетании электротермических и электрохимических процессов при одновременном механическом воздействии инструмента-катода на обрабатываемую поверхность. Электротермические процессы заключаются в том, что при кратковременном электрическом контакте микровыступов обрабатываемого участка заготовки с рабочей частью инструмента-катода происходит разрушение окисной пленки и образование так называемых каналов проводимости тока вследствие ионизации межэлектродного промежутка. По этим каналам при соответствующем напряжении на электродах (17-20 В) проходит электрическая энергия в виде импульсных и дуговых разрядов. В результате высокой концентрации энергии на относительно небольших участках обрабатываемой поверхности повышается температура поверхностного слоя заготовки; при этом металл заготовки плавится, частично испаряется и в виде расплавленных частиц переходит в электролит. Разрушение (эрозия) металла под действием электротермических процессов продолжается до тех пор, пока не будет удален весь металл, находящийся на расстоянии, при котором возможен электрический пробой межэлектродного промежутка.
В этом случае под действием электротермических явлений разрушается в зоне обработки не только заготовка, но и электрод-инструмент. При анодно-механическом формообразовании в качестве электролита используют водный раствор силиката натрия Na2SiO3, или жидкое стекло. При прохождении через этот раствор электрического тока катионы натрия Na+ на катоде вступают в реакцию с водой, образуя щелочь NaОН и водород Н2. Одновременно с этим двуокись кремния SiO3 распадается на окись кремния SiO2 и кислород, в результате чего на аноде образуется силикатная пленка (окись кремния), обладающая высоким электрическим сопротивлением. При напряжении на электродах ниже 15 В силикатная пленка разрушается перемещающимся относительно обрабатываемой поверхности инструментом, что активизирует последующее анодное растворение. Одновременно перемещающийся инструмент удаляет и продукты растворения из зоны обработки. При повышении напряжения на электродах до 17-20 В происходят электрический пробой межэлектродного пространства и эрозионное разрушение металла заготовки; при этом процесс анодно-механической обработки ускоряется в десятки раз.
Электроэрозионно-химическая размерная обработка. Этот процесс ЭХО основан на совмещении размерной электрохимической обработки с электроэрозионным разрушением металла. Одна из особенностей электроэрозионно-химического процесса заключается в том, что напряжение U, подводимое к электродам от источника питания, изменяется во времени t, т.е. имеет импульсную форму. При этом максимальное напряжение Uим электрического пробоя подбирают равным напряжению электрического пробоя Uпр электролита в зависимости от величины апр межэлектродного промежутка.
Электроэрозионно-химическую обработку называют также электрофизико-химической. Такой термин объективно отражает сущность этого процесса, т.к. здесь совмещены электрофизические (эрозия) и электрохимические (анодное растворение) процессы формообразования.
3. Электролиты.
Все рассмотренные процессы ЭХО протекают при наличии электролитов − химических растворов, обладающих электролитической или ионной проводимостью, т.е. способностью пропускать электрический ток под действием электрического напряжения за счет движения ионов. Этим же свойством обладает вода, спирт и другие жидкости. Электропроводность электролитов значительно меньше электропроводности металлов, у которых носителями тока являются свободные электроны. С повышением температуры при нагреве электропроводность, являющаяся величиной, обратной электрическому сопротивлению, уменьшается у металлов и увеличивается у электролитов.
Различают слабые и сильные электролиты. Первые лишь частично диссоциируют на ионы, причем с ростом концентрации компонентов степень диссоциации и электропроводность их значительно уменьшаются. Сильные электролиты, наоборот, полностью распадаются на ионы, несмотря на значительные концентрации компонентов, при этом существенно повышается их электропроводность. К сильным электролитам относят почти все растворы солей и кислот, а к слабым, например, растворы оснований.
Металлы различных марок активно растворяются только в электролитах определенного состава. Однако на технологические характеристики процессов ЭХО (производительность, точность и качество обработки) влияет не только состав электролита, но и концентрация входящих в него компонентов, его температура, водородный показатель рН, характеризующий концентрацию ионов водорода в электролите, или «кислотность», а также скорость прокачки его в межэлектродном промежутке.
Таблица 1.
Электролиты для размерной ЭХО.
| Компоненты | Содержание компонентов в воде, % | Удельная электропроводность при 20°С, Ом −1·см −1 | Область применения |
| Натрий азотнокислый NaNO3 | 30 | 0,1606 | Обработка полостей ковочных штампов, пресс-форм и т.п. |
| Калий хлористый KCl | 21 | 0,281 | Формообразование отверстий |
| Натрий хлористый NaCl | 25 | 0,2135 | Обработка профиля пера турбинных лопаток |
| Аммоний азотнокислый NH4NO3 | 50 | 0,3633 (15°С) | Обработка полостей в деталях из перлитовой стали |
| Соляная кислота HCl | 10 | 0,6302 | Формообразование отверстий небольшого диаметра |
| Азотная кислота HNO3 | 2 | 0,17 | Отделочные операции заготовок из алюминиевых сплавов |
4.Технологические характеристики.
Технологическими характеристиками процессов ЭХО являются производительность, точность размеров и полученной формы, а также шероховатость обработанных поверхностей. К факторам, влияющим на технологические характеристики процессов ЭХО относят объемный электрохимический эквивалент (k) обрабатываемого металла, состав применяемого электролита, его удельную электропроводность (χ), напряжение источника питания (U), анодную плотность тока (i), коэффициент выхода металла по току (η), величину межэлектродного промежутка (а) и технологический припуск (z).
Производительность. Производительность размерного электрохимического формообразования характеризуется скоростью анодного растворения металла, выражаемой в линейных (мм/мин) или в объемных (мм3/мин) единицах.
Линейную скорость электрохимического растворения (vэ.х.р) определяют по уравнению:
vэ.х.р=100·U·χ·η·k/а, мм/мин.
Данное уравнение справедливо при постоянной величине межэлектродного промежутка а, что обеспечивается перемещением инструмента и заготовки относительно друг друга в процессе обработки. При этом скорость их перемещения должна быть равной скорости электрохимического растворения анода. Следовательно, указанное уравнение справедливо для ЭХО с подвижными электродами.
При электрохимическом формообразовании с неподвижными электродами, когда величина межэлектродного промежутка изменяется в процессе в процессе обработки, производительность зависит от многих факторов и в первую очередь от продолжительности процесса обработки. Так, с увеличением времени обработки соответственно увеличивается межэлектродный промежуток и снижается скорость электрохимического растворения.